Ученые ИПМаш РАН запатентовали технологию нанесения покрытия, увеличивающего срок службы систем радиолокации и связи
Ученые Института проблем машиноведения РАН (ИПМаш РАН) разработали и запатентовали уникальную технологию производства антиэмиссионного покрытия из пироуглерода, который увеличивает срок службы электронных ламп большой мощности, используемых в радиолокации и связи военно-промышленного назначения.
В телевидении и радиовещании, в радиолокационных системах (системы ПВО, загоризонтной радиолокации раннего оповещения, ряд систем наведения и управления стрельбой), в аппаратуре связи с авиационной техникой и космическими аппаратами, системах наземного и морского базирования используются мощные ВЧ и СВЧ приборы - вакуумные генераторные лампы (МГП), лампы бегущей волны (ЛБВ) и другие. Это вакуумные лампы с катодом, анодом и управляющей сеткой. Катод, являясь источником электронов, испаряет со своей поверхности такие материалы как барий или торий (в зависимости от вида катода), которые осаждаются на поверхность близ расположенных сеток. Со временем управляющие сетки, работающие при высокой температуре, также как и катод, становятся источниками электронов и теряют свои управляющие свойства, лампа выходит из строя. Для устранения этого недостатка и продления срока службы мощных электровакуумных ламп на поверхность сеток наносят антиэмиссионные покрытия толщиной около10 мкм. Кроме того, состав антиэмиссионного материала определяет мощность приборов, частотный диапазон их работы, массогабаритные и энергетические показатели приборов и другие параметры.
Такая работа ведется уже многие десятилетия. Самыми эффективными материалами для таких данных покрытий считаются пироуглерод и пирографит. Известно, что пиролитический графит (углерод) является превосходным защитным материалом от летящих электронов и термического излучения от катода, причем низкая вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ) углерода сохраняется и при напылении на его поверхность продуктов испарения с оксидного катода. Пиролитическй углерод получают путем термического разложения углеводородов на нагретой до температуры 1000 – 25000С поверхности. Более эффективно пироуглеродные покрытия получаются путем плазмохимического газофазного осаждения, при котором газоразрядную плазму используют для разложения реакционного газа на активные радикалы. В зависимости от типа ламп сетки, например в генераторных лампах, работают в диапазоне температур от 7000С до 15000С. Сетка цилиндрической конструкции с жестко закрепленными торцами при таких температурах испытывает сильные деформации и изгибается при удлинении сеточной проволоки под действием температуры, что приводило к разрушению нанесенного пироуглеродного покрытия по традиционным технологиям нанесения.
«Наше изобретение состоит в том, что мы предложили принципиально новую запатентованную технологию нанесения пироуглеродных покрытий конусообразной структуры с основанием конуса на поверхности сетки, а ось конуса направлена перпендикулярно ее поверхности. Постепенно расширяясь, основания конусов заполняют всю поверхность подложки. В дальнейшем конусы, взаимодействуя друг с другом, превращаются в цилиндры столбчатый структуры. В результате формируется сплошная беспористая структура пироуглеродного покрытия» - сказал заведующий лабораторией модифицирования поверхностей материалов Института проблем машиноведения РАН Вячеслав Кузнецов.
Новое антиэмиссионное покрытие, нанесенное на сетку генераторной лампы ГУ-138Б, прошло испытания в реальных условиях эксплуатации лампы в аппаратурах связи. Как показали исследования, величина термотока сетки с пироуглеродным покрытием не превышала 10 мА, что приблизительно в три раза меньше среднестатистических значений термотока сеток с традиционным покрытием. По их итогам испытаний в течение гарантированного срока службы лампы установлено, что величина термотока сетки практически не изменилась и покрытие не разрушилось.
По словам ученых, сама технология выигрывает не только по эффективности, но и по стоимости. С учетом дешевизны исходных материалов, простоты оборудования, высоких скоростей нанесения покрытий и непродолжительности технологического процесса себестоимость антиэмиссионных покрытий из пиролитического углерода является экономически выгодной. Для нанесения пироуглеродных покрытий на крупногабаритные сеточные электроды разработан и запатентован вакуумно-дуговой источник плазмы, который позволяет быстро и дешево наносить подобные покрытия.
В результатах разработки заинтересованы такие предприятия, как АО С.Е.Д.-СПб (дочернее предприятие ПАО «Светлана») в Санкт-Петербурге, АО "НПП "ИСТОК" им. Шокина" (г. Фрязино), АО НПП Магратеп (г. Фрязино), АО "НПП "Алмаз" (г. Саратов), АО «НПП «Контакт» (г. Саратов) и др., а также разработчики радиоаппаратуры, как военного, так и гражданского назначения.
Коллектив ученых под руководством Вячеслава Кузнецова занимается разработкой технологий нанесения антиэмиссионных и других покрытий для различного назначения более 40 лет. За создание научных основ, разработку и внедрение новых технологий, оборудования и материалов в промышленное производство, в том числе и антиэмиссионных покрытий предыдущего поколения, позволившие освоить выпуск стратегически важной для государства продукции повышенной надежности и долговечности, не уступающей по своим показателям лучшим мировым аналогам, два сотрудника ИПМаш РАН были удостоены звания лауреатов Государственной премии Российской Федерации в области науки и техники. Решена проблема нанесения антиэмиссионного покрытия из пиролитического углерода на электроды мощных электровакуумных приборов